В семье Вернадских существовало предание, что их род начался с литовского шляхтича Верны, перешедшего на сторону казаков и казнённого поляками во времена Богдана Хмельницкого. Дети его остались в Запорожской Сечи, и впоследствии прадед В.И.Вернадского после окончания академии в Киеве стал священником, его средний сын стал военным врачом в армии Суворова, попав в плен к французам, получил орден Почётного легиона (как специалист) и в 1804 году женился на дворянке Екатерине Короленко. Таким образом, учёный В.И.Вернадский и писатель В.Г.Короленко являлись троюродными братьями.
Отец В.И.Вернадского - Иван Васильевич после окончания Киевского университета в двадцать девять лет и после защиты докторской диссертации по политэкономии становится профессором Московского университета.
В 1860 году умирает первая жена профессора Мария Николаевна Шигаева, сделавшая свой вклад в политэкономию и ставшая единственной тогда женщиной-писательницей, пишущей на экономические темы. Остался её сын Николай, который впоследствии оказал большое влияние на В.И.Вернадского.
В 1862 году будущий отец Владимира Вернадского женится на дочери генерала артиллерии Анне Петровне Константинович, в 1863 году у них родился сын — Владимир. Через год появились близнецы Екатерина и Ольга. Но в 1868 году отца парализовало, поправился он не полностью и занял должность управляющего конторой Государственного банка в Харькове. Харьковские годы оставили самые хорошие воспоминания у В.И.Вернадского.
О своём детстве В.И.Вернадский вспоминал: «Самыми светлыми минутами представлялись мне в это время те книги и мысли, какие ими вызывались, и разговоры с отцом и моим двоюродным дядей Е.М.Короленко, помнится также сильное влияние моей дружбы с моим старшим братом. Я рано набросился на книги и читал с жадностью всё, что попадалось мне под руку, постоянно роясь и перерывая книги в библиотеке отца».
Г.П.Аксёнов в своей книге «Вернадский» («Молодая гвардия», М., 2001) отмечает, что дядя В.И.Вернадского - Евграф Максимович Короленко всю жизнь был военным, а выйдя в отставку, читал научно-популярные и научные книги, и на него особое впечатление произвела книга Дарвина «Происхождение видов».
В 1873 году Владимир Вернадский поступил в харьковскую гимназию, а через год, потрясённый смертью брата Николая, Вернадский записывает: «Да, есть две вещи, которые нелегко перенести - горе, постигшее семейство, и потерю Отечества». На последнее соображение его натолкнула поездка в составе семьи по Европе (Германия, Швейцария, Италия).
В 1877 году семья переехала в Петербург, Вернадский учился в гимназии, затем в лицее, а отец открыл издательскую фирму «Славянская печатня» и книжный магазин на Невском проспекте. В 13-14 лет у Владимира Вернадского возникает интерес к славянству, к бурным общественным событиям и к природоведению.
В 1881 году произошло сразу же несколько событий, изменивших жизнь не только юного Вернадского, но и всей страны. Цензура закрыла отцовский журнал, отца постиг второй удар, его парализовало, и был убит Александр II. В этом же году В.И.Вернадский сдал выпускные экзамены и поступил в Петербургский университет.